JPH02190704A - Method for determining incident angle in refractive index/film thickness measurement - Google Patents
Method for determining incident angle in refractive index/film thickness measurementInfo
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- JPH02190704A JPH02190704A JP1103789A JP1103789A JPH02190704A JP H02190704 A JPH02190704 A JP H02190704A JP 1103789 A JP1103789 A JP 1103789A JP 1103789 A JP1103789 A JP 1103789A JP H02190704 A JPH02190704 A JP H02190704A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
C産業上の利用分野コ
本発明は、屈折率・膜厚測定に於ける入射角特定方法に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for specifying an angle of incidence in measuring refractive index and film thickness.
[従来の技術]
薄膜の屈折率・膜厚を測定する方法として、従来からエ
リプソメトリ−が知られている。[Prior Art] Ellipsometry has been known as a method for measuring the refractive index and film thickness of thin films.
[発明が解決しようとする課題]
エリプソメトリ−は高精度測定であるが測定する膜によ
っては極端に精度が悪くなる場合がある。[Problems to be Solved by the Invention] Although ellipsometry is a highly accurate measurement, the accuracy may be extremely poor depending on the membrane being measured.
このような精度の悪くなる領域は、入射角を変えること
により回避できる。しかし従来、良好な測定精度を得る
ためにどのような入射角を選択するべきかを予め知るこ
とができず、試行錯誤により適正な入射角を求める必要
があった。Such a region where the accuracy deteriorates can be avoided by changing the incident angle. However, in the past, it was not possible to know in advance what incident angle should be selected in order to obtain good measurement accuracy, and it was necessary to find the appropriate incident angle by trial and error.
そこで発明者は、予め測定精度の劣化する入射角を特定
しつる方法を先に提案した(特願昭62−192396
号)。しかし、この方法は複素屈折率既知の基板上に形
成された単層膜における屈折率・膜厚測定の場合にしか
適用できず、また測定に用いる光もS偏光に限られてい
る。Therefore, the inventor proposed a method of identifying in advance the angle of incidence at which the measurement accuracy deteriorates (Japanese Patent Application No. 62-192396).
issue). However, this method can only be applied to the measurement of the refractive index and film thickness of a single layer film formed on a substrate with a known complex refractive index, and the light used for measurement is also limited to S-polarized light.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的とする所は、エリプソメトリ−等、薄膜の屈
折率・膜厚を測定する測定方法の実施にあたって測定精
度が良好となる入射角を容易に決定できる入射角決定方
法の提供にある。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to improve measurement accuracy when implementing measurement methods such as ellipsometry for measuring the refractive index and film thickness of thin films. An object of the present invention is to provide an incident angle determining method that can easily determine the incident angle.
[課題を解決するための手段]
以下、本発明を説明する。本明細書中に於いては2種の
入射角決定方法が提案される。[Means for Solving the Problems] The present invention will be described below. Two methods of determining the angle of incidence are proposed herein.
請求項1の方法は、「既知の複素屈折率n*2=2−1
k2を有する基板上に形成された単層の薄膜の屈折率・
膜厚を測定するに際して、測定用の単色光の測定入射角
を決定する方法」であって、以下のごとき特徴を有する
。The method of claim 1 comprises: “known complex refractive index n*2=2−1
The refractive index of a single-layer thin film formed on a substrate with k2
A method for determining the measurement incident angle of monochromatic light for measurement when measuring film thickness, and has the following characteristics.
測定に用いられる波長λの単色光の種々の入射角θ。に
対する、測定試料によるS偏光もしくはP偏光のエネル
ギー反射率Rs(θ0)もしくはRp(θ0)が測定さ
れる。Various angles of incidence θ of monochromatic light of wavelength λ used for measurements. The energy reflectance Rs (θ0) or Rp (θ0) of S-polarized light or P-polarized light by the measurement sample is measured.
一方に於いで、上記基板に屈折率n。の入射媒質中で上
記単色光を入射させた場合のS偏光もしくはP偏光のエ
ネルギー反射率1 ro2s(it0)12もしくはl
ro2s(flo) l 2を上記n;、 noを用
いて入射角θ。On the one hand, the substrate has a refractive index n. Energy reflectance of S-polarized light or P-polarized light when the monochromatic light is incident in the incident medium of 1 ro2s(it0)12 or l
ro2s(flo) l 2 is the incident angle θ using the above n; and no.
の関数として演算により算出する。そして、方程式
%式%)
を満足する角6.0を求め、このθ4゜以外の角を測定
入射角とする。Calculated by calculation as a function of Then, an angle 6.0 that satisfies the equation % is determined, and this angle other than θ4° is defined as the measurement incident angle.
請求項2の方法は、「既知の複素屈折率n:=n−1k
、を有する基板上に屈折率と膜厚とが既知の1層以上の
薄膜を積層してなる基体上に形成された薄膜の屈折率・
膜厚を測定するに際して、測定用の単色光の測定入射角
を決定する方法」であって、以下のごとき特徴を有する
。The method of claim 2 is characterized in that “known complex refractive index n:=n−1k
The refractive index of a thin film formed on a substrate formed by laminating one or more thin films of known refractive index and film thickness on a substrate having a
A method for determining the measurement incident angle of monochromatic light for measurement when measuring film thickness, and has the following characteristics.
測定に用いられる波長λの単色光の種々の入射角θ。に
対する、測定試料によるS偏光およびP偏光のエネルギ
ー反射率Rs(θ0)およびRp(θ0)が測定される
。Various angles of incidence θ of monochromatic light of wavelength λ used for measurements. The energy reflectances Rs (θ0) and Rp (θ0) of S-polarized light and P-polarized light by the measurement sample are measured.
一方に於いて、上記基体に屈折率n。の入射媒質中で上
記単色光を入射させた場合のS偏光およびP偏光のエネ
ルギー反射率Rsbs(6o)およびR8b11(θ0
)を上記n : + n Oおよび基体の各薄膜の既知
の屈折率および膜厚を用いて入射角θ。の関数として演
算により算出する。そして、方程式
%式%(0)
を連立的に満足する角θ。。を求め、この6.0以外の
角を測定入射角とする。On the one hand, the substrate has a refractive index n. The energy reflectance of S-polarized light and P-polarized light Rsbs (6o) and R8b11 (θ0
) and the incident angle θ using the above n: + n O and the known refractive index and film thickness of each thin film of the substrate. Calculated by calculation as a function of Then, the angle θ that simultaneously satisfies the equation %(0). . is determined, and this angle other than 6.0 is defined as the measured incident angle.
上記のように、請求項1の方法は、既知の複素屈折率を
持つ「基板」の上に形成された単層の薄膜の屈折率・膜
厚の測定に際しての「測定入射角」を決定する方法であ
る。「測定入射角」とは、言うまでもなく屈折率・膜厚
の測定のために測定試料に対して単色光を入射させる角
である。測定入射角を決定するにあたっては、測定に用
いるのと同じ波長の単色光を用いるが、S偏光、P偏光
のいずれを用いても良い。As described above, the method of claim 1 determines the "measurement angle of incidence" when measuring the refractive index and film thickness of a single-layer thin film formed on a "substrate" having a known complex refractive index. It's a method. The "measurement angle of incidence" is, needless to say, the angle at which monochromatic light is made incident on the measurement sample in order to measure the refractive index and film thickness. In determining the measurement incident angle, monochromatic light having the same wavelength as that used for measurement is used, but either S-polarized light or P-polarized light may be used.
請求項2の方法は、「基体」の上に形成された薄膜の屈
折率・膜厚の測定に際しての測定入射角を決定する方法
である。「基体」とは、既知の複素屈折率を持つ「基板
Jの上に、屈折率および膜厚が既知の薄膜が1層以上に
形成されたものである。従って請求項2の方法に於いて
は「基板」上には複数の薄膜が形成されており、屈折率
・膜厚の測定は基板上の複数の薄膜の内の最上層薄膜に
対して行なわれることになる。The method of claim 2 is a method of determining a measurement incident angle when measuring the refractive index and film thickness of a thin film formed on a "substrate". The "substrate" is one in which one or more thin films with a known refractive index and film thickness are formed on a "substrate J having a known complex refractive index. Therefore, in the method of claim 2, A plurality of thin films are formed on a "substrate", and the refractive index and film thickness are measured for the topmost thin film among the plurality of thin films on the substrate.
請求項2の方法では上述の如く測定入射角を決定するの
に、S偏光、P偏光の単色光を用いる。In the method of claim 2, monochromatic light of S-polarized light and P-polarized light is used to determine the measurement incident angle as described above.
なお、薄膜の屈折率・膜厚を測定する方法としては前述
のエリプソメトリ−の外にも、発明者が特願昭62−1
48742号に於いて提案した方法(以下、便宜的にP
RETTI法と呼ぶ)があり、本発明はエリプソメトリ
−の外、このPRETTI法に於ける入射角決定方法と
しても適用できる。In addition to the above-mentioned ellipsometry, methods for measuring the refractive index and film thickness of thin films are also available.
The method proposed in No. 48742 (hereinafter referred to as P for convenience)
The present invention can be applied not only to ellipsometry but also as a method for determining the angle of incidence in the PRETTI method.
[作 用]
以下、第1図を参照して請求項1の方法の原理を説明す
る。[Function] The principle of the method of claim 1 will be explained below with reference to FIG.
第1図に於いて符号10は基板を示し、符号12は透明
薄膜を示している。基板10は既知の複素屈折率n*2
=2+ik2を有している。薄膜12の屈折率n1及び
膜厚d、は測定対象であって未知である。noは入射媒
質の屈折率を表す(入射媒質は一般的には空気であるか
らn。=1として良い)。In FIG. 1, reference numeral 10 indicates a substrate, and reference numeral 12 indicates a transparent thin film. The substrate 10 has a known complex refractive index n*2
=2+ik2. The refractive index n1 and film thickness d of the thin film 12 are objects to be measured and are unknown. No represents the refractive index of the incident medium (generally the incident medium is air, so n may be set to 1).
波長λの単色光を入射角θ。で入射させたとき薄膜12
、基板10内に於ける屈折角を図の如くθ1.θ2とす
る。Monochromatic light of wavelength λ is incident at angle θ. When incident on the thin film 12
, the refraction angle within the substrate 10 is set to θ1. Let it be θ2.
ここで、以下の計算の便宜上、
L2”TI’t kffi +72”212に2+
2ui・ε2−n3sin2θO+((E2 nas
in2θ)2十72)1/22v多ニー(ε2−nos
in2θ、)+((ε2−n乙5in2θ0)2千丁多
)1″を用いてn’22.n2cosθ2を、n:2=
ε、、 iyz 、n、cosθ2=u2+iV2と
書きなおしておく。Here, for convenience of the following calculation, L2"TI't kffi +72"212 is 2+
2ui・ε2−n3sin2θO+((E2 nas
in2θ) 2172) 1/22v many knees (ε2-nos
in2θ, ) + ((ε2-n 5 in 2θ0) 2,000) 1″ to obtain n'22.n2cosθ2, n:2=
Rewrite it as ε,, iyz, n, cos θ2=u2+iV2.
薄膜12に上記の如く単色光を照射したときP偏光とS
偏光の複素振幅反射率rp、rSは、それぞれ以下のよ
うに表される。When the thin film 12 is irradiated with monochromatic light as described above, P polarized light and S
The complex amplitude reflectances rp and rS of polarized light are each expressed as follows.
rp”(ro+p+r+2p’eXp(2iβ1))/
(1”ro+r・r+2p・exp(2iβI)
(1−1)rs”(robs”r+2s−eXp(2
iβ1))/(1+r。、、・r1□8・exp(2i
β、) (1−2)サフィックスに於けるP、S
はP偏光、S偏光に関するものであることを示す。、
razl、robsは入射媒質と薄膜12の境界面に於
けるP、S偏光に対するフレネルの反射係数であり、r
l 21’+ r l□5は薄膜12と基板10の境
界面に於けるP、S偏光に対するフレネルの反射係数で
あり、2β、は光が薄膜12の表−裏面間を1往復する
間に生ずる位相の変化である。これらは、以下のように
表される。rp”(ro+p+r+2p'eXp(2iβ1))/
(1”ro+r・r+2p・exp(2iβI)
(1-1)rs"(robs"r+2s-eXp(2
iβ1))/(1+r.,,・r1□8・exp(2i
β, ) (1-2) P, S in the suffix
indicates that it relates to P-polarized light and S-polarized light. ,
razl and robs are Fresnel reflection coefficients for P and S polarized light at the interface between the incident medium and the thin film 12, and r
l 21'+ r l □5 is the Fresnel reflection coefficient for P and S polarized light at the interface between the thin film 12 and the substrate 10, and 2β is the Fresnel reflection coefficient for one round trip between the front and back surfaces of the thin film 12. This is the change in phase that occurs. These are expressed as follows.
ro+r”(n+cOsθ(、−n1cosθ+)/(
n、cosθo+nocosθ1)robs”(n1c
osθ+−n1cosθ+)/(nocosθo+n1
cOsθ1)r 12 P” (n Hcosθ+−n
+cosB)/ (nHcosθ、 +n 、 cos
θ;)r、25:(n、cos6.−n”、cosθ’
:)/(r++cosθ、+n1cosθ;)2β、=
4xd、(n4−sin2θ0)I/2/λ
(4)また、r1□P+’125は一般に複素量である
ので、r+zp=j’+2peXp(lΦ+zp)、r
+zsp+2seXI)(1Φ]2S)と置くと、ρ1
□2.ρI 2S+Φ12r+Φ125は次ぎのように
表される。ro+r”(n+cOsθ(,-n1cosθ+)/(
n, cosθo+nocosθ1)robs”(n1c
osθ+−n1cosθ+)/(nocosθo+n1
cOsθ1)r 12 P” (n Hcosθ+-n
+cosB)/(nHcosθ, +n, cos
θ;)r, 25:(n, cos6.-n", cos θ'
:)/(r++cosθ, +n1cosθ;)2β,=
4xd, (n4-sin2θ0)I/2/λ
(4) Also, since r1□P+'125 is generally a complex quantity, r+zp=j'+2peXp(lΦ+zp), r
+zsp+2seXI)(1Φ]2S), then ρ1
□2. ρI 2S+Φ12r+Φ125 is expressed as follows.
p721.・Re2(r+2p)”1m2(++ 2p
) (5−1)ρ725・Re2(r+zs)
+lm2(r+□s) (51)Φ、□
、+=tan−’ (Im(r、 2.)/Re(r、
□1.月 (6−1)Φ+□5=tan−’(Im(
r+zs)/Re(r12s)) (6−2)但し
、
Re(r+zp)=(+)+ ’p3”pz’p4)/
(p馴”p#)Im(r+□p)・(1)2・p3−p
+・p4)/(pイ+p牙)で、
pl:ε2ul+γ2VI−ε1u2−γIV2p22
ε2V1−了2ul−εIV2+丁1u2p3”Z2u
+十了2V++1lu2+γIV2p2:ε2Vl−丁
2ul+εIV2−γIu2であり、
Re(rows):St/53
II(rows)”Sz/Sa
で、
Sx”u+−u2÷vl−v2
S2”2(u2V+−u+V2)
S3”(u+”uz)”+(V1+V2)”である。p721.・Re2(r+2p)”1m2(++ 2p
) (5-1) ρ725・Re2(r+zs)
+lm2(r+□s) (51)Φ,□
, +=tan-' (Im(r, 2.)/Re(r,
□1. Month (6-1)Φ+□5=tan-'(Im(
r+zs)/Re(r12s)) (6-2) However, Re(r+zp)=(+)+'p3"pz'p4)/
(p familiar "p#) Im(r+□p)・(1)2・p3-p
+・p4)/(p i + p fang), pl: ε2ul + γ2VI − ε1u2 − γIV2p22
ε2V1−了2ul−εIV2+Ding1u2p3”Z2u
+102V++1lu2+γIV2p2:ε2Vl−2ul+εIV2−γIu2, Re(rows): St/53 II(rows)”Sz/Sa, Sx”u+−u2÷vl−v2 S2”2(u2V+−u+V2) S3 "(u+"uz)"+(V1+V2)".
(1−1)、 (1−2)に基づいて、エネルギー反射
率Rp。Based on (1-1) and (1-2), energy reflectance Rp.
Rsを計算すると、
Rp=(rf!+ ll”27M+1÷2rou、p+
zpcos(Φ12r”2βl))/(1+Il’+
p p?ap ÷2ro l ll II 12 pc
Os (Φ121”2 β直))R5”(r61s”P
Yvs”2ro r spr 2scOs(Φl 2S
”2β1))/(1+rgts11?zs+2ro+g
J++!5CO8(φ+2s”2β1))となる。Calculating Rs, Rp=(rf!+ll”27M+1÷2rou, p+
zpcos(Φ12r"2βl))/(1+Il'+
p p? ap ÷2ro lll II 12 pc
Os (Φ121"2 β direct)) R5"(r61s"P
Yvs”2ro r spr 2scOs(Φl 2S
”2β1))/(1+rgts11?zs+2ro+g
J++! 5CO8 (φ+2s”2β1)).
ここで(4)に於ける2β1が
2β+=2mg (m=0.l、2,3.、、)
(8)を満足するような入射角θ。を考えると、こ
のとき(7−1)に(2−1)、 (5−1)、 (6
−1)、 (8)を代入すると、Rpは、次ぎのように
なる。Here, 2β1 in (4) is 2β+=2mg (m=0.l, 2,3.,,)
An incident angle θ that satisfies (8). Considering (7-1), (2-1), (5-1), (6
-1) and (8), Rp becomes as follows.
Rp=((ni+ki)”cosg6 +ng(u:
+vi)−2nocos6o(tzuz−γ2V2))
/((n号十目) 2cos 2θ。+n呂(Uを+V
ン)+2noCO8θ0((2u2−了2V2))
(9−1)また、(7−2)に(2−
2)、 (5−2)、 (6−2)、 (8)を代入す
ると、Rsは次式のようになる。Rp=((ni+ki)”cosg6+ng(u:
+vi)-2nocos6o(tzuz-γ2V2))
/((n number 10th) 2cos 2θ.+nro(U +V
)+2noCO8θ0((2u2−2V2))
(9-1) Also, (7-2) (2-
2), (5-2), (6-2), and (8), Rs becomes as follows.
Rs=((nocos6o−uz)2+v多)/((n
ocosθO+u2)”V多)これら(9−1)、 (
9−2)には、薄膜12の屈折率nl、膜厚d、が入っ
ていない。Rs=((nocos6o-uz)2+vmulti)/((n
ocosθO+u2)”V poly) These (9-1), (
9-2) does not include the refractive index nl and film thickness d of the thin film 12.
また、第1図で基板10の上に薄膜12が無い場合を考
え、これに波長λの単色光を入射角θ6て入射媒質(屈
折率n0)から直接に入射させた場合を考えると、この
場合のP偏光、S偏光に対するエネルギー反射率1 r
021’ I 2+ I rl12s 12はそれぞれ
、I r02P l ”
1 (n、cosθo−nQcOsθ1)バn1CO
Sθ(、+nocosθI)12((n多十目)2co
s(io÷n:(ui+v号)−2n、cosθo(ε
2u、、−了2v2))/((n号+に多)2cos2
θo”no(ui”vM)”2n(、cosθ0(ε2
u2−丁2V2)) (10−1)
rozs I ”
(nocosθo−n、cosθ、)/(n、cosθ
(、+n1cosθ1)12”((nacosθ。−u
z)2+v至)/((n、cosθo+u2)2+v多
)と表されるが、これらはそれぞれ(9−1)、 (9
−2)のRp、 Rsと等しい。Also, consider the case where there is no thin film 12 on the substrate 10 in FIG. 1, and let monochromatic light of wavelength λ be directly incident on it from the incident medium (refractive index n0) at an incident angle θ6. The energy reflectance for P-polarized light and S-polarized light is 1 r
021' I 2+ I rl12s 12 are respectively I r02P l ” 1 (n, cosθo−nQcOsθ1) vann1CO
Sθ(,+nocosθI)12((n multi-tenths)2co
s(io÷n: (ui+v)-2n, cosθo(ε
2u,, - completed2v2))/((n+nimany)2cos2
θo”no(ui”vM)”2n(, cosθ0(ε2
u2-d2V2)) (10-1)
rozs I ” (nocosθo-n, cosθ,)/(n, cosθ
(,+n1cosθ1)12”((nacosθ.-u
z)2+vto)/((n, cosθo+u2)2+vmultiple), which are (9-1) and (9
-2) is equal to Rp and Rs.
このことは、(8)式を満足するような入射角θ。This means that the incident angle θ satisfies equation (8).
で薄膜12に単色光を入射させた場合、エネルギー反射
率Rp、 Rsは、薄膜12の屈折率・膜厚の情報を全
く含まず、従ってあたかも薄膜12が基板lo上に存在
しないがのようになり、エネルギー反射率Rp、Rsは
、上記(10−1)、 (10−2)テ与えられる基板
1o単独の場合のエネルギー反射率と等しくなってしま
うことを意味する。従って、このような特殊な入射角で
薄l!+2に光を入射させた場合には、エネルギー反射
率を測定しても薄膜12の屈折率・膜厚を知ることは原
理的に不可能である。When monochromatic light is incident on the thin film 12 in This means that the energy reflectances Rp and Rs become equal to the energy reflectance of the substrate 1o alone given in (10-1) and (10-2) above. Therefore, at such a special angle of incidence, thin l! When light is incident on +2, it is theoretically impossible to know the refractive index and film thickness of the thin film 12 even if the energy reflectance is measured.
このような特殊な入射角、即ち(8)式を満足する入射
角を以下、特異入射角と称し0.0と表す。Such a special angle of incidence, ie, an angle of incidence that satisfies equation (8), will hereinafter be referred to as a singular angle of incidence and expressed as 0.0.
従って、エリプソメトリ−やPRETTI法により、薄
膜12の屈折率・膜厚の測定を行なう場合には、上記特
異入射角以外の入射角を測定入射角として使用すれば良
い。Therefore, when measuring the refractive index and film thickness of the thin film 12 by ellipsometry or the PRETTI method, an incident angle other than the above-mentioned singular incident angle may be used as the measurement incident angle.
特異入射角を知るには、以下のようにすれば良い。即ち
、前述の如く特異入射角に於いてはP偏光に対しては、
Rp” l ro2p l 2(111)がなりたち、
S偏光に対しては、
Rs=l rozs l 2(11−2)がなりたつ、
これら(11−1)、 (11−2)の左辺の量は実際
に薄膜12に光を照射してそのエネルギー反射率を測定
することにより知ることができる。一方、右辺の量は、
基板10の複素屈折率と入射媒質の屈折率とが既知であ
るので、入射角を与えれば(10−1)、 (10−2
)に従って演算により算出できる。To find out the singular angle of incidence, do the following: That is, as mentioned above, at a singular angle of incidence, for P polarized light, Rp'' l ro2p l 2 (111) becomes,
For S-polarized light, Rs=l rozs l 2(11-2),
The quantities on the left side of these (11-1) and (11-2) can be found by actually irradiating the thin film 12 with light and measuring its energy reflectance. On the other hand, the quantity on the right side is
Since the complex refractive index of the substrate 10 and the refractive index of the incident medium are known, if the incident angle is given, (10-1), (10-2
) can be calculated by calculation.
そこで、「既知の複素屈折率n*2=2−ik2を有す
る基板上に形成された単層の薄膜の屈折率・膜厚を測定
する」に際しては、測定に用いられる波長λの単色光の
種々の入射角θ0に対する、測定試料によるS偏光もし
くはP偏光のエネルギー反射率Rs(θ0)もしくはR
p(θ0)を測定し、その一方に於いて、上記基板に屈
折率n。の入射媒質中で上記単色光を入射させた場合の
S偏光もしくはP偏光のエネルギー反射率1 rozs
(flo) l 2もしくはj r62s([10)
l 2を上記n:、n、)を用いて入射角θ。の関数と
して演算により算出する。そして、方程式%式%)
を満足する特異入射角θ、。を求め、このθ。。以外の
角を測定入射角とすれば良いのである。Therefore, when "measuring the refractive index and film thickness of a single-layer thin film formed on a substrate with a known complex refractive index n*2=2-ik2", it is necessary to use monochromatic light of wavelength λ used for measurement. Energy reflectance Rs(θ0) or R of S-polarized light or P-polarized light by the measurement sample for various incident angles θ0
p(θ0) and, on the other hand, the refractive index n of the substrate. Energy reflectance of S-polarized light or P-polarized light when the above monochromatic light is incident in an incident medium of 1 rozs
(flo) l 2 or j r62s ([10)
l 2 as the incident angle θ using the above n:, n,). Calculated by calculation as a function of and the singular angle of incidence θ, which satisfies the equation %). Find this θ. . It is sufficient to use an angle other than that as the measurement incident angle.
上の説明で明らかなように、請求項1の方法を実施する
にあたってはP偏光、S偏光の何れを用いても良いが、
P偏光の場合はブリュースター角が存在しく8)式が満
足する場合以外にも入射角が入射媒質と薄膜の境界面の
ブリュースター角となる場合、即ちl roIP I2
・Oとなる場合にも上記方程式(11−1)が成り立つ
ので、このような場合には特異入射角を見いだすのに困
難が伴う場合があり、この点を考慮するとS偏光を用い
る方が良い。As is clear from the above description, either P-polarized light or S-polarized light may be used in carrying out the method of claim 1.
In the case of P-polarized light, Brewster's angle exists, and in addition to the case where formula 8) is satisfied, the incident angle is the Brewster's angle at the interface between the incident medium and the thin film, that is, l roIP I2
・Since the above equation (11-1) holds even when O, it may be difficult to find the singular angle of incidence in such cases, and considering this point, it is better to use S-polarized light. .
次ぎに、第4図以下を参照して請求項2の方法を説明す
る。Next, the method of claim 2 will be explained with reference to FIG. 4 and subsequent figures.
第4図に於いて、符号20で示す基板の上にはm(≧2
)層の薄膜22−1.22−2. 、、、 、22−m
が形成されている。薄膜22−1は最上層の薄膜であり
、薄膜22−mは基板20上に直接形成された薄膜であ
る。In FIG. 4, m (≧2
) layer of thin film 22-1.22-2. , , , 22-m
is formed. The thin film 22-1 is the uppermost thin film, and the thin film 22-m is a thin film formed directly on the substrate 20.
第1図におけると同じく、入射媒質の屈折率をnoとし
、薄膜22−1〜22−mの屈折率を図の如く順次n1
.nH,n:+、、、、n二、膜厚を順次dl+d2+
6.−*dmとする。As in FIG. 1, the refractive index of the incident medium is set to no, and the refractive indices of the thin films 22-1 to 22-m are sequentially changed to n1 as shown in the figure.
.. nH, n: +, , n2, film thickness sequentially dl+d2+
6. −*dm.
なお薄膜22−1は透明であり、薄膜22−2〜22−
mの屈折率は複素屈折率である。また、基板20の複素
屈折率をn:=n、−ikaとする。複素屈折率nLn
L、−、n二およびn:は既知であり膜厚d2.d、、
、、、d、、も既知である。薄膜22−1の屈折率n1
と膜厚d+は測定対象であって未知である。従って、基
板20と薄膜22−2〜22−mは「基体」を構成し、
この基体の上に薄膜221が形成されているということ
ができる。Note that the thin film 22-1 is transparent, and the thin films 22-2 to 22-
The refractive index of m is a complex refractive index. Further, it is assumed that the complex refractive index of the substrate 20 is n:=n, -ika. Complex refractive index nLn
L, -, n2 and n: are known and the film thickness d2. d...
, ,d, , are also known. Refractive index n1 of thin film 22-1
and the film thickness d+ are objects to be measured and are unknown. Therefore, the substrate 20 and the thin films 22-2 to 22-m constitute a "substrate",
It can be said that a thin film 221 is formed on this base.
第4図に示すように、このような複数層の薄膜に波長λ
の単色光が入射角度θ。で入射した場合のP偏光、S偏
光の複素振幅反射率r、、rsは次ぎのように表すこと
ができる。As shown in Figure 4, in such a multilayer thin film, the wavelength λ
The monochromatic light has an incident angle θ. The complex amplitude reflectances r, , rs of P-polarized light and S-polarized light when the light is incident can be expressed as follows.
rr=(ro++−+r’pexp(2iβ1))/(
1+r。+pr’、exp(2iβ、))(12−1)
rs:(rol s+r’5exp(2iβ1))/(
1”ro+sr’5exp(2iβ+))(12−2)
ここに、ro 1 P+ ’OI Sは入射媒質と薄膜
22−1との境界面におけるP偏光、S偏光の振幅反射
率であり、r’ll、r5は、薄膜22−1と同じ屈折
率を持つ入射媒質中で「基体」に上記単色光を入射させ
たときの振幅反射率を表す。また2β1は(4)式に於
けると同じく薄膜22−1の表・裏面間を光が往復する
間に生ずる位相変化を表す。rr=(ro++−+r'pexp(2iβ1))/(
1+r. +pr',exp(2iβ,))(12-1)
rs: (rol s+r'5exp(2iβ1))/(
1"ro+sr'5exp(2iβ+))(12-2)
Here, ro1P+'OIS is the amplitude reflectance of P-polarized light and S-polarized light at the interface between the incident medium and the thin film 22-1, and r'll and r5 have the same refractive index as the thin film 22-1. represents the amplitude reflectance when the monochromatic light is incident on the "substrate" in the incident medium. Similarly to equation (4), 2β1 represents the phase change that occurs while the light travels back and forth between the front and back surfaces of the thin film 22-1.
このような、基板20上に複数の薄膜が形成されている
場合の振幅反射率は、(12−1)、 (12−2)を
(11)、 (1−2)と比較して見れば明かなように
、(12−1)、 (12−2)は、それぞれ(1−2
)、 (1−2)に於いて、r1□、。The amplitude reflectance when multiple thin films are formed on the substrate 20 is as follows by comparing (12-1) and (12-2) with (11) and (1-2). As is clear, (12-1) and (12-2) are respectively (1-2
), In (1-2), r1□,.
、 rl 25をrl・+r’Sで置き換えたものにな
っている。, rl 25 is replaced by rl·+r'S.
従って、上述した(8)式を満足する入射角即ち特異入
射角θ、。の場合には、エネルギー反射率を表す式から
、薄膜22−1の屈折率、膜厚がキャンセルされて無く
なり、
Rp=Rsbr (13−
1)R3”Rsbs (1
3−2)が成り立つことになる。Therefore, the angle of incidence, ie, the singular angle of incidence θ, that satisfies the above-mentioned equation (8). In the case of , the refractive index and film thickness of the thin film 22-1 are canceled and disappear from the formula expressing the energy reflectance, and Rp=Rsbr (13-
1) R3”Rsbs (1
3-2) holds true.
ここにR5bP+R8いは「基体」即ち最上層薄膜を除
いた残りの部分に、光が入射角θ。で入射したときのP
、S偏光のエネルギー反射率である。Here, the light enters R5bP+R8, or the "substrate", that is, the remaining part excluding the top layer thin film, at an incident angle θ. P when incident at
, is the energy reflectance of S-polarized light.
従って、請求項2の方法では、「既知の複素屈折率n*
a=na−ikaを有する基板上に屈折率と膜厚とが既
知の1層以上の薄膜を積層してなる基体上に形成された
薄膜の屈折率・膜厚を測定するJに際しては、測定に用
いられる波長λの単色光の種々の入射角θ。に対する、
測定試料によるS偏光およびP偏光のエネルギー反射率
Rs(θ0)およびRp(θ0)を測定して(13−1
)、 (13−2)の左辺を求め、その一方に於いて、
上記基体に屈折率n。の入射媒質中で上記単色光を入射
させた場合のS偏光およびP偏光のエネルギー反射率R
sbs(fl0)およびRsbp(θ0)を上記n:+
noおよび基体の各薄膜の既知の屈折率および膜厚を用
いて入射角θ。の関数として演算により算出して(13
−1)、 (13−2)の右辺を求める。Therefore, in the method of claim 2, "known complex refractive index n*
When measuring the refractive index and film thickness of a thin film formed on a substrate formed by laminating one or more thin films of known refractive index and film thickness on a substrate having a = na - ika, the measurement Various angles of incidence θ of monochromatic light of wavelength λ used for against,
The energy reflectance Rs (θ0) and Rp (θ0) of S-polarized light and P-polarized light by the measurement sample were measured (13-1
), find the left-hand side of (13-2), and on the other hand,
The above substrate has a refractive index n. Energy reflectance R of S-polarized light and P-polarized light when the above monochromatic light is incident in the incident medium of
sbs(fl0) and Rsbp(θ0) above n:+
the incident angle θ using the known refractive index and film thickness of each thin film of the substrate. Calculated by calculation as a function of (13
-1), find the right side of (13-2).
そして一方程式(13−1)、 (13−2)を連立的
に満足する角θ、。を求め、この特異入射角θ、。以外
の角を測定入射角として決定すれば良い。And an angle θ that simultaneously satisfies equations (13-1) and (13-2). Find this singular angle of incidence θ,. An angle other than that may be determined as the measurement incident angle.
なお、請求項1,2の発明とも演算は予めプログラミン
グしたコンピューターで自動的に行なえば良い。Incidentally, in both the inventions of claims 1 and 2, the calculations may be performed automatically by a computer programmed in advance.
[実施例〕 以下、具体的な実施例に即して説明する。[Example〕 Hereinafter, description will be given based on specific examples.
第13図は、PRETTI法による薄膜の屈折率・膜厚
測定を行なうための装置を要部のみ略示したものである
。FIG. 13 schematically shows only the main parts of an apparatus for measuring the refractive index and film thickness of a thin film by the PRETTI method.
光源1は波長6328AのHe−Neレーザーである。Light source 1 is a He-Ne laser with a wavelength of 6328A.
この光源1からの光をビームスプリッタ−2で2分し、
一方はフォトデテクター4に導いて光電変換する。他方
は、偏光子3によりS偏光またはP偏光にしてサンプル
Oに入射させる。The light from this light source 1 is split into two by a beam splitter 2,
One side is guided to a photodetector 4 for photoelectric conversion. The other light is converted into S-polarized light or P-polarized light by the polarizer 3 and is made incident on the sample O.
サンプルOはターンテーブル6の上に設置する。Sample O is placed on the turntable 6.
ターンテーブル6はアーム7により回転されるようにな
っており、図ら如くアーム7がθ回転するとターンテー
ブル6は28回転するようになっている。アーム7の先
端部にはフォトデテクター5が固定されており、サンプ
ルによる反射光を光電変換できるようになっている。こ
のようにすることによりサンプルOへの任意の入射角θ
(050590度)に対するエネルギー反射率を測定で
きる。The turntable 6 is rotated by an arm 7, and as shown in the figure, when the arm 7 rotates θ, the turntable 6 rotates 28 times. A photodetector 5 is fixed to the tip of the arm 7, and is capable of photoelectrically converting light reflected by the sample. By doing this, any incident angle θ to the sample O
(050590 degrees) can be measured.
フォトデテクター4,5の出力はコンピューターを含む
データ処理系8へ入力され、同処理系8により演算処理
の対象となる。The outputs of the photodetectors 4 and 5 are input to a data processing system 8 including a computer, and are subjected to arithmetic processing by the processing system 8.
予め、入射光とフォトデテクター4に入射する光の光量
比を測定してデータ処理系8に入力しておく。In advance, the light amount ratio between the incident light and the light incident on the photodetector 4 is measured and input to the data processing system 8.
さて、実施例であるが本発明の理解を容易ならしむるた
めシミュレーションによる実施例を請求項1.2の各方
法に付き1実施例ずつ説明し、最後に請求項1の方法に
付き実施例を1例挙げる。Now, as an example, in order to make it easier to understand the present invention, a simulation example will be explained for each method of claim 1.2, and finally, an example for the method of claim 1. Here is one example.
実施例1(請求項1の発明の実施例)
第1図の基板10としてn:i=3.858−0.01
8iのSi基板を想定し、この基板上に薄膜12として
屈折率n。Example 1 (Embodiment of the invention of claim 1) As the substrate 10 in FIG. 1, n:i=3.858-0.01
Assuming a Si substrate of 8i, a thin film 12 is formed on this substrate with a refractive index of n.
=1.460、膜厚d、=6328人のものを想定する
。勿論、本発明が実際に適用される状況では、上記nI
+ d 1が測定対象で未知量であり、本発明はこれ
ら測定対象をするための入射角を特定するために実施さ
れるのであるが、ここでは上記未知量を、しち既知量と
し、本発明の測定入射角をどのように決定するかをシミ
ュレーションにより説明する。また入射媒質は空気とし
n。:1とする。Assume that =1.460, film thickness d, and =6328 people. Of course, in situations where the present invention is actually applied, the above nI
+ d1 is an unknown quantity to be measured, and the present invention is carried out to specify the angle of incidence for measuring these objects. A simulation will be used to explain how to determine the measurement incident angle of the invention. In addition, the incident medium is air. :1.
波長6328Aのレーザー光束を薄膜12に入射させ、
その入射角を0〜90度の範囲で連続的に変化させた場
合のS偏光のエネルギー反射率Rsを(7−2)式に従
って入射角の関数として計算すると、第2図の実線のご
ときものとなる。実際に薄膜12の屈折率・膜厚を測定
する場合には、このRsは実測値として与えられる。A laser beam with a wavelength of 6328A is incident on the thin film 12,
When the energy reflectance Rs of S-polarized light is calculated as a function of the incident angle according to equation (7-2) when the incident angle is continuously changed in the range of 0 to 90 degrees, the solid line in Figure 2 is obtained. becomes. When actually measuring the refractive index and film thickness of the thin film 12, this Rs is given as an actual measurement value.
一方、空気層中で基板lOに直接上記光を入射させた場
合のS偏光のエネルギー反射率1 ro2s I ’を
(10−2)に従って入射角の関数として算出すると、
その結果は第2図の破線の如きものとなる。On the other hand, when the energy reflectance 1 ro2s I' of S-polarized light when the above light is directly incident on the substrate IO in an air layer is calculated as a function of the incident angle according to (10-2),
The result is something like the broken line in FIG.
この第2図からRs=l r02s I ”を成り立た
せる特異入射角は44.2度であることが分かる。From FIG. 2, it can be seen that the singular angle of incidence that satisfies Rs=l r02s I'' is 44.2 degrees.
従って、測定入射角はこの42.2度以外の角に設定す
れば良いことになる。Therefore, the measurement incident angle may be set to an angle other than 42.2 degrees.
上記と同じシミュレーションをS偏光ではなしにP偏光
に付いて行なってみると、Rp、 l rozp l
2はそれぞれ、第3図の実線及び破線で示す如きものと
なる。方程式Rs・l r02s l 2が成り立つの
は特異入射角44.2度のほかに、ブリュースター角5
5.6度があり、この状況では特異入射角を一義的に定
めるのは難しい。If we perform the same simulation as above for P polarized light instead of S polarized light, we get Rp, l rozp l
2 are as shown by solid lines and broken lines in FIG. 3, respectively. The equation Rs・l r02s l 2 holds in addition to the singular angle of incidence of 44.2 degrees, as well as the Brewster angle of 5
5.6 degrees, and in this situation it is difficult to unambiguously define the singular angle of incidence.
実施例2(請求項2の発明の実施例)
第4図の基板20として実施例1の基板と同じSi基板
(ns=3.858−0.018i)を想定し、この基
板上に、屈折率n”、=n2=2.000、膜厚800
0Aの薄膜を設けたものを「基体」とする。そして、こ
の基体の上に屈折率n1=1.460、膜厚d 1=7
400人の測定対象の薄膜が形成されている場合を想定
する。勿論n(、=1. oooとする。Example 2 (Example of the invention of claim 2) The same Si substrate (ns=3.858-0.018i) as the substrate of Example 1 is assumed as the substrate 20 in FIG. Rate n”, = n2 = 2.000, film thickness 800
The substrate provided with the 0A thin film is referred to as the "substrate". Then, on this substrate, refractive index n1=1.460, film thickness d1=7
Assume that a thin film is being formed to measure 400 people. Of course, let n(, = 1. ooo.
波長6328Aのレーザー光をかかる測定試料に入射さ
せたときのS偏光のエネルギー反射率Rsを入射角(0
〜90度)の関数として算出すると、第5図の実線の如
きものとなる。When a laser beam with a wavelength of 6328A is incident on such a measurement sample, the energy reflectance Rs of S-polarized light is determined by the incident angle (0
90 degrees), it becomes something like the solid line in FIG.
一方、上記光を空気中にて直接基体上に入射させたとき
のS偏光のエネルギー反射率R8bSを入射角の関数と
して算出すると第5図の破線の如きものとなる。On the other hand, when the energy reflectance R8bS of S-polarized light is calculated as a function of the incident angle when the light is directly incident on the substrate in the air, it becomes as shown by the broken line in FIG.
RS”Rsbsの成り立つ入射角は、33.1度、44
.2度、60.3度である。The angle of incidence for RS”Rsbs is 33.1 degrees, 44
.. 2 degrees, 60.3 degrees.
波長6328人のレーザー光を上記測定試料に入射させ
たときのP偏光のエネルギー反射率Rpを入射角(0〜
90度)の関数として算出すると、第6図の実線の如き
ものとなる。The energy reflectance Rp of P-polarized light when a laser beam with a wavelength of 6328 people is incident on the measurement sample is determined by the incident angle (0 to
90 degrees), it becomes something like the solid line in FIG.
また、上記光を空気中にて直接基体上に入射させたとき
のP偏光のエネルギー反射率R8b11を入射角の関数
として算出すると第6図の破線の如きものとなる。Further, when the energy reflectance R8b11 of P-polarized light is calculated as a function of the incident angle when the above-mentioned light is directly incident on the substrate in the air, it becomes as shown by the broken line in FIG. 6.
Rp=Rsbpの成り立つ入射角は、32.7度、44
.2度、55.6度、58.5度である。The incident angle where Rp=Rsbp holds is 32.7 degrees, 44
.. 2 degrees, 55.6 degrees, and 58.5 degrees.
従って、RS”Rsbs、 Rp”Rsbpを連立的に
満足する入射角は44.2度であってこれが特異入射角
を与える。従って、この特異入射角以外の角を測定入射
角として決定すれば良い。Therefore, the angle of incidence that simultaneously satisfies RS"Rsbs and Rp"Rsbp is 44.2 degrees, which provides a singular angle of incidence. Therefore, an angle other than this singular angle of incidence may be determined as the measurement angle of incidence.
上述のように、薄膜の屈折率・膜厚を測定するにあたっ
て本発明を実施する場合、特異入射角を特定し、特異入
射角以外の角を測定入射角として決定すればよい。測定
入射角は特異入射角以外であれば原理的には自由に選択
できるが、しかし特異入射角にあまり近い角を測定入射
角として選択するとやはり屈折率・膜厚測定に対する精
度として十分なものが得られない。そこで以下に、特異
入射角と測定入射角との差と、屈折率・膜厚の測定精度
との関係を、PRETTI法で単層膜の屈折率を求める
場合を例にとって説明する。As described above, when implementing the present invention to measure the refractive index and film thickness of a thin film, it is sufficient to specify the singular angle of incidence and determine an angle other than the singular angle of incidence as the measurement incidence angle. In principle, the measurement angle of incidence can be freely selected as long as it is other than the singular angle of incidence, but if an angle that is too close to the singular angle of incidence is selected as the measurement incidence angle, the accuracy for measuring the refractive index and film thickness may not be sufficient. I can't get it. Therefore, the relationship between the difference between the singular angle of incidence and the measured angle of incidence and the measurement accuracy of refractive index and film thickness will be explained below, taking as an example the case where the refractive index of a single layer film is determined by the PRETTI method.
例として以下の3つのサンプルを第1図に即して考える
。As an example, consider the following three samples based on FIG.
サンプJし1 : no=1.000.nl”1.46
0.dt=5000人、n;:3.858−0.018
i
サンプ/L/2 : n6=1.000.n、=1.4
60.d、=10000J、n、’=3.858−0.
018i
サンプル3 : no=1.000.nt”1.480
.dt”20000人、n;:3.858−0.018
i
入射光としては波長6328AのHe−Neレーザー光
を想定する。Sample J1: no=1.000. nl”1.46
0. dt=5000 people, n: 3.858-0.018
i sump/L/2: n6=1.000. n,=1.4
60. d,=10000J, n,'=3.858-0.
018i Sample 3: no=1.000. nt”1.480
.. dt” 20,000 people, n: 3.858-0.018
i Assume that the incident light is He-Ne laser light with a wavelength of 6328A.
サンプルlに、この光を入射させたときのS偏光に対す
るエネルギー反射率Rs(6゜)を入射角(0〜90度
)の関数として算出すると第7図の実線の如きものとな
る。また、基板に直接入射させたときのエネルギー反射
率1 rozs(ao) 2を算出すると第7図の破
線の如きものとなる。When the energy reflectance Rs (6 degrees) for S-polarized light when this light is incident on the sample 1 is calculated as a function of the incident angle (0 to 90 degrees), it becomes as shown by the solid line in FIG. Further, when the energy reflectance 1 rozs(ao) 2 when directly incident on the substrate is calculated, it becomes as shown by the broken line in FIG.
この図を見るとRs(θa):I ro2s(flo)
l 2が成り立つのはθ。=46.7度のときである
。そこで46.7度の前後の角30度から60度までの
入射角でP偏光とS偏光のエネルギー反射率Rp(6゜
)とRs(a0)を計算する。実際の状況では、これら
は実測値として与えられる。この計算結果を用いてPR
ETTI法で薄膜の屈折率を算出し、得られた屈折率値
と真値1.460との差の、真値に対する割合を第8図
に示す。Looking at this diagram, Rs (θa): I ro2s (flo)
l 2 holds true for θ. =46.7 degrees. Therefore, the energy reflectance Rp (6°) and Rs (a0) of P-polarized light and S-polarized light are calculated at an incident angle of 30° to 60° around 46.7°. In real situations, these are given as actual measurements. PR using this calculation result
The refractive index of the thin film was calculated by the ETTI method, and the ratio of the difference between the obtained refractive index value and the true value of 1.460 to the true value is shown in FIG.
サンプル2に対して算出されたRs(ao)とl r0
2;(ao) + 2を第9図にそれぞれ実線、破線で
示す。Rs(ao) and l r0 calculated for sample 2
2; (ao) + 2 are shown in FIG. 9 by solid lines and broken lines, respectively.
Rs(llo)□ l rows(flo) l 2が
成り立つ、θ、=46.7度の前後の角30度から60
度までの入射角でP偏光とS偏光のエネルギー反射率R
p(θ0)とRs(θ0)を計算し、計算結果を用いて
PRETTI法で薄膜の屈折率を算出し、得られた屈折
率値と真値1.460との差の真値に対する割合を第1
0図に示す。Rs(llo) □ l rows(flo) l 2 holds true, the angle before and after θ = 46.7 degrees is 60 from 30 degrees
The energy reflectance R of P and S polarization at angles of incidence up to
Calculate p(θ0) and Rs(θ0), use the calculation results to calculate the refractive index of the thin film using the PRETTI method, and calculate the ratio of the difference between the obtained refractive index value and the true value of 1.460 to the true value. 1st
Shown in Figure 0.
サンプル3に対して算出されたRs(θ0)とl r0
2s(ao)12を第11図にそれぞれ実線、破線で示
す。Rs(θ0) and l r0 calculated for sample 3
2s(ao)12 are shown in FIG. 11 by solid lines and broken lines, respectively.
Rs(8o)” l ro2s(θ0) ! ”が成り
立つ、θ0=18.9度、46.7度、72.1度のう
ちの前2者を含む、角30度から60度までの入射角で
P偏光とS偏光のエネルギー反射率Rp(θ0)とRs
(θ0)を計算し、計算結果を用いてPRETTI法で
薄膜の屈折率を算出し、得られた屈折率値と真値1.4
60との差の真値に対する割合を第12図に示す。Rs(8o)" l ro2s(θ0)!" holds true, the angle of incidence from 30 degrees to 60 degrees, including the first two of θ0 = 18.9 degrees, 46.7 degrees, and 72.1 degrees. The energy reflectance Rp(θ0) and Rs of P-polarized light and S-polarized light are
(θ0), and using the calculation results, calculate the refractive index of the thin film using the PRETTI method, and the obtained refractive index value and true value 1.4
The ratio of the difference from 60 to the true value is shown in FIG.
ここで(8)式のmを特異入射角の次数とよぶことにす
ると、サンプル1〜3に対し特異入射角46.7度を与
える次数は、サンプル1に対してm=2、サンプル2に
対してm=4、サンプル3に対してm=:8である。第
8.10.12図を参照すると、いずれのサンプルに於
いても、各グラフは特異入射角46.7度に対して発散
するδ関数型のグラフとなっているが、上記次数mが大
きい程、発散部分の幅は狭くなる。そして、特異入射角
θ、。に対して、入射角6゜の範囲がおおよそ、
L+56−o−(9015m)、 6o≧6.o+(9
015m) (角の単位二度)の範囲にあれば得られる
屈折率の精度は0.1%以内となっている。Here, if m in equation (8) is called the order of the singular angle of incidence, the order that gives a singular angle of incidence of 46.7 degrees for samples 1 to 3 is m = 2 for sample 1 and m = 2 for sample 2. For sample 3, m=4, and for sample 3, m=:8. Referring to Figure 8.10.12, in all samples, each graph is a δ function type graph that diverges for a singular angle of incidence of 46.7 degrees, but the above order m is large. As the distance increases, the width of the divergent portion becomes narrower. and the singular angle of incidence θ,. , the range of incidence angle of 6° is approximately L+56-o-(9015m), 6o≧6. o+(9
015m) (angle unit degree), the accuracy of the refractive index obtained is within 0.1%.
従って、特異入射角が求まったら、(ILr ’)の不
等式を満足する入射角領域に測定入射角を設定すれば精
度の良い測定が可能となる。例えば、サンプル3の場合
には特異入射角は次数m=8により与えられるから、屈
折率測定精度0.1%以内を与える入射角領域は(lI
+)から
θ。≦44.5度、θ0≧48.95度となり、この領
域内に測定入射角を設定すれば良いことになるが、18
.9度、72.1度の近傍では違う次数の特異入射角の
影響で却って精度が悪くなるので、上記(11+)の範
囲で、尚且つ他の次数の特異入射角の影響のない領域に
測定入射角を設定するのが良い。Therefore, once the singular angle of incidence is determined, highly accurate measurement can be achieved by setting the measurement incidence angle in an incident angle region that satisfies the inequality (ILr'). For example, in the case of sample 3, the singular angle of incidence is given by the order m=8, so the angle of incidence region that provides refractive index measurement accuracy within 0.1% is (lI
+) to θ. ≦44.5 degrees and θ0≧48.95 degrees, so it is sufficient to set the measurement incident angle within this region, but 18
.. In the vicinity of 9 degrees and 72.1 degrees, the accuracy deteriorates due to the influence of singular angles of incidence of different orders, so measure within the range of (11+) above and where there is no influence of singular angles of incidence of other orders. It is better to set the angle of incidence.
実施例3
最後に、単層膜の屈折率・膜厚を測定する場合の具体的
な実施例を説明する。Example 3 Finally, a specific example for measuring the refractive index and film thickness of a single layer film will be described.
基板10として複素屈折率nH=3.858−0.01
81を持つSi基板を用い、その上に薄膜12として熱
酸化によりSiO□膜を設けたものを測定試料0とし、
第13図のターンテーブル6上に設置し、入射角θ。を
10〜80度に連続的に変化させ、入射角の0.1度刻
みでフォトデテクター4.5の光電変換出力をデータ処
理系8に取り込んだ。そして、上記入射角領域における
S偏光のエネルギー反射率Rs(θ0)を0゜1度刻み
で測定した。この結果を第14図に実線で示す。同じ入
射角で基板にS偏光を直接入射させたときの反射率1
r02s(θ0)12を算出した結果を14図に破線で
示す。As the substrate 10, complex refractive index nH=3.858-0.01
Measurement sample 0 is a Si substrate with a 81 diaphragm, on which a SiO □ film is provided as a thin film 12 by thermal oxidation.
It is installed on the turntable 6 shown in FIG. 13, and the incident angle is θ. was continuously changed from 10 to 80 degrees, and the photoelectric conversion output of the photodetector 4.5 was taken into the data processing system 8 at 0.1 degree increments of the incident angle. Then, the energy reflectance Rs (θ0) of S-polarized light in the above incident angle region was measured in 0°/1° increments. This result is shown in FIG. 14 as a solid line. Reflectance 1 when S-polarized light is directly incident on the substrate at the same incident angle
The result of calculating r02s(θ0)12 is shown in FIG. 14 by a broken line.
この第14図から明らかなように方程式Rs(θ0)=
ro、、s(θ)Hzが成り立つのはθ。=28.7度
であり、これが特異入射角である。そこで測定入射角を
50.0度と決定し、試料Oへの測定入射角設定を行な
った。次いで、この測定入射角に対するS偏光、P偏光
のエネルギー反射率の測定を偏光子3のセットにより行
ない、次ぎの結果を得た。As is clear from FIG. 14, the equation Rs(θ0)=
ro,,s(θ)Hz holds true for θ. =28.7 degrees, which is the singular angle of incidence. Therefore, the measurement incident angle was determined to be 50.0 degrees, and the measurement incident angle to the sample O was set. Next, the energy reflectance of S-polarized light and P-polarized light with respect to this measured incident angle was measured using a set of polarizer 3, and the following results were obtained.
Rs(50,0@)=0.0991452.Rp(50
,0’ )=0.127581これらの値を用いてPR
ETTI法によりSiO□薄膜の屈折率を求めるとn:
1.459となった。Rs(50,0@)=0.0991452. Rp(50
,0')=0.127581 Using these values, PR
When the refractive index of the SiO□ thin film is determined by the ETTI method, n:
It became 1.459.
屈折率算出のために計算した(Φ23P−Φ23、)の
計測値(Φ23P−Φ23g)fitと計算値(Φ23
F−Φ23g)Cとを第15図に示す、薄膜の屈折率は
1.35から1.55まで変えている。The measured value (Φ23P-Φ23g) of (Φ23P-Φ23,) calculated for calculating the refractive index and the calculated value (Φ23
F-Φ23g)C is shown in FIG. 15, and the refractive index of the thin film is varied from 1.35 to 1.55.
PRETTI法では(Φ21.−Φ23g)mと(Φ2
31.−φ238)Cのグラフがはっきり交わっている
ほど精度が良いが、第15図から明らかなように両グラ
フはn、=1.459ではっきりと交わっているので得
られた屈折率の精度は高い。In the PRETTI method, (Φ21.-Φ23g)m and (Φ2
31. -φ238) The more clearly the graphs of C intersect, the better the accuracy is.As is clear from Figure 15, both graphs clearly intersect at n=1.459, so the accuracy of the obtained refractive index is high. .
また、上記測定試料をエリプソメーターにセットし入射
角50.0°でエリプソメトリ−により屈折率と膜厚と
を測定した。その結果、屈折率n、・1.459、膜厚
d、=9117人となった。Further, the above measurement sample was set in an ellipsometer, and the refractive index and film thickness were measured by ellipsometry at an incident angle of 50.0°. As a result, the refractive index n was 1.459 and the film thickness d was 9117.
この測定試料に対する特異入射角は前述のとおり26.
7度である。そこでエリプソメトリ−におけう上記測定
試料のプサイ−デルタ図を第16図に示す。nに1.4
59.d+=9117人の点はX印で示すように屈折率
の異なるグラフが混み合っており、屈折率決定が実際上
きわめて困難な領域であることが分かる。このように特
異入射角ではエリプソメトリ−でも原理的に薄膜の屈折
率・膜厚の決定が出来ないことが分かる。The specific angle of incidence for this measurement sample is 26.
It is 7 degrees. Therefore, a psi-delta diagram of the above measurement sample in ellipsometry is shown in FIG. 1.4 to n
59. At the point of d+=9117, graphs with different refractive indexes are crowded, as shown by the X mark, and it can be seen that this is an area where it is actually extremely difficult to determine the refractive index. It can thus be seen that, in principle, the refractive index and film thickness of a thin film cannot be determined even with ellipsometry at a singular angle of incidence.
[発明の効果]
以上、本発明によれば薄膜の屈折率・膜厚の測定に於け
る新規な入射角決定方法を提供できる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a novel method for determining the angle of incidence in measuring the refractive index and thickness of a thin film can be provided.
この方法は上述の如き構成とな−)でいるので、薄膜の
屈折率・膜厚の測定に際して測定精度を良好ならしめる
測定入射角を容易且つ確実に決定できる。Since this method has the above-described configuration, it is possible to easily and reliably determine the measurement incident angle that provides good measurement accuracy when measuring the refractive index and film thickness of a thin film.
第1図は、請求項1の発明を説明するための図、第2図
及び第3図は、請求項1の発明の詳細な説明するための
図、第4図は、請求項2の発明を説明するための図、第
5図及び第6図は、請求項2の発明の詳細な説明するた
めの図、第7図乃至第12図は、測定入射角と屈折率測
定の精度との関係を説明するための図、第13図は、実
施例を実行するための装置の要部を示す図、第14図な
いし第16図は、請求項1の方法を具体的な屈折率・膜
厚測定に適用した実施例を説明するための図である。
10.20.、、基板、12.22−1.、、薄膜(そ
の屈折率・膜厚が測定対象である)、22−1.22−
2. 、 、 、22−n+0. 。
偶
?
図
第
う
図
反射率の入財山度依存吐(e偏光)
1腸の構gω(*1順)
1順の構5図(rrL層順)
第
1つ
図
粥
団FIG. 1 is a diagram for explaining the invention of claim 1, FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the invention in detail of claim 1, and FIG. 4 is a diagram for explaining the invention of claim 2. FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the invention of claim 2 in detail, and FIGS. 7 to 12 are diagrams showing the relationship between the measurement incident angle and the accuracy of refractive index measurement. FIG. 13 is a diagram for explaining the relationship, FIG. 13 is a diagram showing the main parts of the apparatus for carrying out the embodiment, and FIGS. FIG. 3 is a diagram for explaining an example applied to thickness measurement. 10.20. ,,substrate, 12.22-1. ,, thin film (its refractive index and film thickness are the objects of measurement), 22-1.22-
2. , , ,22-n+0. . Even? Fig. 1) Reflectance dependent on input level (e-polarized light) 1. Structure of intestine gω (*1 order) 1. Structure of 5. (rrL layer order) 1. Porridge
Claims (1)
る基板上に形成された単層の薄膜の屈折率・膜厚を測定
するに際して、測定用の単色光の測定入射角を決定する
方法であつて、 測定に用いられる波長λの単色光の種々の入射角θ_0
に対する、測定試料によるS偏光もしくはP偏光のエネ
ルギー反射率Rs(θ_0)もしくはRp(θ_0)を
測定する一方、 上記基板に屈折率n_0の入射媒質中で上記単色光を入
射させた場合のS偏光もしくはP偏光のエネルギー反射
率|r0_2_s(θ_0)|^2もしくは|r_0_
2_s(θ_0)|^2を上記n^*_2,n_0を用
いて入射角θ_0の関数として演算により算出し、方程
式 Rs(θ_0)=|r_0_2_s(θ_0)|^2も
しくは、 Rp(θ_0)=|r_0_2_p(θ_0)|^2を
満足する角θ_a_0を求め、このθ_a_0以外の角
を測定入射角とすることを特徴とする、屈折率・膜厚測
定における入射角決定方法。 2、既知の複素屈折率n^*_a=n_a−ik_aを
有する基板上に屈折率および膜厚が既知の1層以上の薄
膜を積層してなる基体上に形成された薄膜の屈折率・膜
厚を測定するに際して、測定用の単色光の測定入射角を
決定する方法であつて、 測定に用いられる波長λの単色光の種々の入射角θ_0
に対する測定試料によるS偏光およびP偏光のエネルギ
ー反射率Rs(θ_0)およびRp(θ_0)を測定す
る一方、 上記基体に屈折率n_0の入射媒質中で上記単色光を入
射させた場合のS偏光およびP偏光のエネルギー反射率
R_s_b_s(θ_0)およびR_s_b_p(θ_
0)を上記n^*_a,n_0および基体の各薄膜の既
知の屈折率および膜厚を用いて入射角θ_0の関数とし
て演算により算出し、方程式 Rs(θ_0)=R_s_b_s(θ_0)および Rp(θ_0)=R_s_b_p(θ_0)を連立的に
満足する角θ_a_0を求め、このθ_a_0以外の角
を測定入射角とすることを特徴とする、屈折率・膜厚測
定における入射角決定方法。[Claims] 1. When measuring the refractive index and film thickness of a single-layer thin film formed on a substrate having a known complex refractive index n^*_2=2-ik_2, monochromatic light for measurement is used. A method for determining the measurement incident angle, the method comprising: determining various incident angles θ_0 of monochromatic light of wavelength λ used for measurement;
While measuring the energy reflectance Rs (θ_0) or Rp (θ_0) of S-polarized light or P-polarized light by the measurement sample for Or the energy reflectance of P-polarized light |r0_2_s(θ_0)|^2 or |r_0_
2_s(θ_0)|^2 is calculated as a function of the incident angle θ_0 using the above n^*_2, n_0, and the equation Rs(θ_0)=|r_0_2_s(θ_0)|^2 or Rp(θ_0)= A method for determining an incident angle in refractive index/film thickness measurement, characterized by determining an angle θ_a_0 that satisfies |r_0_2_p(θ_0)|^2, and setting an angle other than this θ_a_0 as a measurement incident angle. 2. Refractive index/film of a thin film formed on a substrate formed by laminating one or more thin films with a known refractive index and film thickness on a substrate having a known complex refractive index n^*_a=n_a−ik_a A method of determining the measurement incident angle of monochromatic light for measurement when measuring thickness, the method comprising: determining the measurement incident angle of monochromatic light of wavelength λ used for measurement at various incident angles θ_0
While measuring the energy reflectances Rs(θ_0) and Rp(θ_0) of S-polarized light and P-polarized light by the measurement sample, the S-polarized light and Energy reflectance of P-polarized light R_s_b_s(θ_0) and R_s_b_p(θ_
0) is calculated as a function of the incident angle θ_0 using the above n^*_a, n_0 and the known refractive index and film thickness of each thin film of the substrate, and the equation Rs(θ_0)=R_s_b_s(θ_0) and Rp( A method for determining an incident angle in refractive index/film thickness measurement, characterized by determining an angle θ_a_0 that simultaneously satisfies θ_0)=R_s_b_p(θ_0), and setting an angle other than θ_a_0 as a measurement incident angle.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1103789A JPH02190704A (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Method for determining incident angle in refractive index/film thickness measurement |
| DE4001506A DE4001506C2 (en) | 1989-01-20 | 1990-01-19 | Three methods for determining the measurement incidence angle of a monochromatic measurement light beam to be set when measuring the refractive index and the thickness of a thin layer |
| US07/467,203 US4983823A (en) | 1989-01-20 | 1990-01-19 | Method for determining incident angle in measurement of refractive index and thickness |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1103789A JPH02190704A (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Method for determining incident angle in refractive index/film thickness measurement |
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|---|---|
| JPH02190704A true JPH02190704A (en) | 1990-07-26 |
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| JP1103789A Pending JPH02190704A (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Method for determining incident angle in refractive index/film thickness measurement |
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|---|---|
| JP (1) | JPH02190704A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100520357C (en) * | 2002-06-19 | 2009-07-29 | 科学研究国家中心 | Antiglare supports and contrast amplifying supports for reflected polarized light |
| JP2010197398A (en) * | 2002-09-09 | 2010-09-09 | Zygo Corp | Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1103789A patent/JPH02190704A/en active Pending
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| JP2010197398A (en) * | 2002-09-09 | 2010-09-09 | Zygo Corp | Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures |
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